RU2613478C1 - Piston units of internal combustion engine (versions) - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention can be used in internal combustion engines. The piston unit comprises an internal combustion engine piston ring (3) and the scraper ring (4), located in the piston bore (5). The scraper ring (4) is located under the compression ring (3). The total height of the compression and oil scraper rings (3), (4) is not less than their radial thickness. The gap in the oil ring lock (4) is located at 180° concerning the gap in the lock compression ring (3). The clearance between the compression surfaces of the inner diameters of rings and oil scraper (3). (4) and the bottom of the piston bore (5) is equal to the gap between the piston (2) and the cylinder wall (1). The embodiments of the piston unit are disclosed.

EFFECT: invention provides the removal of the gas-dynamic losses and improves the heat transfer between the piston head and the cylinder.

7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а конкретно к проектированию, производству и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания.The invention relates to mechanical engineering, and specifically to the design, manufacture and operation of internal combustion engines.

Известны поршневые устройства двигателей внутреннего сгорания, состоящие из поршневых уплотнений (GB 552296 А. 31.03.1943; US 3971298 А, 27.07.1976; RU заявка №2013139797 С2, 20.09.2013) и маслосъемных поршневых устройств (заявка №53-22204, Япония, 1978; заявка №59-20859, Япония, 1984; патент RU №2341671 С2, 19.10.2008; патент RU №2447306 С1, 10.04.2012; патент RU №2499901 С1, 27.11.2013).Known piston devices of internal combustion engines, consisting of piston seals (GB 552296 A. 03/31/1943; US 3971298 A, 07.27.1976; RU application No. 2013139797 C2, 09/20/2013) and piston oil scraper devices (application No. 53-22204, Japan , 1978; application No. 59-20859, Japan, 1984; patent RU No. 2341671 C2, 10.19.2008; patent RU No. 2447306 C1, 04/10/2012; patent RU No. 2499901 C1, 11/27/2013).

Известно поршневое уплотнение двигателя внутреннего сгорания, содержащее компрессионные и маслосъемные кольца, расположенные в поршневых канавках (ГОСТ Р 53843 - 2010).Known piston seal of an internal combustion engine containing compression and oil scraper rings located in the piston grooves (GOST R 53843 - 2010).

Прототип имеет существенный недостаток, который заключается в том, что между компрессионными и маслосъемными кольцами имеются перемычки, которые ухудшают эффективность уплотнения. Известно, что до 60-70% рабочего давления прорывается через зазоры в замках компрессионных колец. Рабочие газы, прорываясь из камеры сгорания через зазор между поршнем и цилиндром, напрямую проникают через неприкрытые зазоры в замках компрессионных колец и далее в картер двигателя. Причем чем больше изнашиваются рабочие поверхности колец в процессе эксплуатации двигателя, тем больше образуется зазор в замках колец, тем больше утечка рабочих газов. Повышенная утечка рабочих газов оказывает существенное влияние на процессы сгорания топливовоздушной смеси, снижение основных технико-экономических и экологических характеристик двигателя. Кроме того, зазор между поверхностью внешнего диаметра перемычки и стенкой цилиндра прерывает тепловой поток, идущий от кольца через нижнюю полку поршневой канавки к охлаждаемому цилиндру, тем самым вызывая перегрев компрессионного кольца и потерю его работоспособности, особенно это проявляется на двигателях, использующих газообразное топливо. Перемычки между поршневыми кольцами необоснованно увеличивают длину поршня и цилиндра, отрицательно сказываются на кинематике двигателя, его эффективности, усложняют технологию изготовления и увеличивают себестоимость двигателя. Кроме того, неэффективное маслосъемное кольцо принимает пассивное участие в процессе теплообмена между поршнем и цилиндром.The prototype has a significant drawback, which is that between the compression and oil scraper rings there are jumpers that impair the effectiveness of the seal. It is known that up to 60-70% of the working pressure breaks through the gaps in the locks of the compression rings. Working gases, breaking out of the combustion chamber through the gap between the piston and cylinder, directly penetrate through open gaps in the locks of the compression rings and further into the crankcase. Moreover, the more the working surfaces of the rings wear out during the operation of the engine, the more a gap is formed in the locks of the rings, the greater the leakage of working gases. Increased leakage of working gases has a significant impact on the combustion process of the air-fuel mixture, a decrease in the main technical, economic and environmental characteristics of the engine. In addition, the gap between the surface of the outer diameter of the bridge and the cylinder wall interrupts the heat flow from the ring through the lower flange of the piston groove to the cylinder to be cooled, thereby causing the compression ring to overheat and lose its functionality, especially on engines using gaseous fuel. The jumpers between the piston rings unreasonably increase the length of the piston and cylinder, adversely affect the kinematics of the engine, its efficiency, complicate the manufacturing technology and increase the cost of the engine. In addition, an ineffective oil scraper ring is passively involved in the heat exchange process between the piston and the cylinder.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении компрессии, мощности, ресурса и надежности двигателя, уменьшении расхода топлива и масла, улучшение экономических и экологических характеристик двигателя.The technical result to which the invention is directed is to increase compression, power, resource and reliability of the engine, reduce fuel and oil consumption, improve the economic and environmental characteristics of the engine.

Технический результат (вариант 1) достигается тем, что в поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем компрессионное кольцо и маслосъемное кольцо, расположенные в поршневой расточке, новым является то, что маслосъемное кольцо расположено под компрессионным кольцом, причем суммарная высота компрессионного и маслосъемного колец не менее их радиальной толщины, при этом зазор в замке маслосъемного кольца расположен под 180° по отношению к зазору в замке компрессионного кольца, а зазор между поверхностями внутренних диаметров компрессионного и маслосъемного колец и дном поршневой расточки равен зазору между поршнем и стенкой цилиндра.The technical result (option 1) is achieved by the fact that in a piston device of an internal combustion engine containing a compression ring and an oil scraper located in the piston bore, it is new that the oil scraper is located under the compression ring, and the total height of the compression and oil scraper rings is not less than their radial thickness, while the gap in the lock of the oil scraper ring is located at 180 ° with respect to the gap in the lock of the compression ring, and the gap between the surfaces of the internal diameters the length of the compression and oil scraper rings and the bottom of the piston bore is equal to the gap between the piston and the cylinder wall.

Технический результат (вариант 2) достигается тем, что в поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем два компрессионных кольца и, по меньшей мере, два маслосъемных кольца, расположенные в поршневой расточке, новым является то, что компрессионные кольца выполнены трапециевидными одинакового размера и формы, обращены плоскими торцами друг к другу, между нижним наклонным торцом нижнего компрессионного кольца и верхним торцом верхнего маслосъемного кольца расположено разрезное упругое расширительное кольцо, при этом угол наклона верхнего торца расширительного кольца равен углу наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца.The technical result (option 2) is achieved by the fact that in the piston device of the internal combustion engine containing two compression rings and at least two oil scraper rings located in the piston bore, it is new that the compression rings are made trapezoidal of the same size and shape, facing flat faces to each other, between the lower inclined end face of the lower compression ring and the upper end of the upper oil scraper ring there is a split elastic expansion ring, while ol inclination upper end face of the expansion ring equal to the angle of inclination of the lower end of the lower compression ring.

На внешнем диаметре маслосъемных колец, кроме верхнего, выполнены осевые пазы, причем на нижнем кольце количество пазов больше, чем на кольце, расположенном над ним.On the outer diameter of the oil scraper rings, in addition to the upper, axial grooves are made, moreover, the number of grooves on the lower ring is greater than on the ring located above it.

Угол наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца и верхнего торца расширительного кольца более 15°.The angle of inclination of the lower end of the lower compression ring and the upper end of the expansion ring is more than 15 °.

Технический результат (вариант 3) достигается тем, что в поршневом устройстве двигателя внутреннего сгорания, содержащем два компрессионных кольца и, по меньшей мере, два маслосъемных кольца, расположенных в поршневой расточке, новым является то, что компрессионные кольца выполнены трапециевидными одинакового размера и формы, обращены плоскими торцами друг к другу, под нижним наклонным торцом нижнего компрессионного кольца установлено дополнительное компрессионное кольцо, угол наклона верхнего торца которого равен углу наклона нижнего торца вышерасположенного компрессионного кольца, нижний торец дополнительного компрессионного кольца контактирует с пакетом маслосъемных колец, имеющих осевые пазы, под нижним торцом нижнего маслосъемного кольца расположено расширительное кольцо.The technical result (option 3) is achieved by the fact that in the piston device of the internal combustion engine containing two compression rings and at least two oil scraper rings located in the piston bore, it is new that the compression rings are made trapezoidal of the same size and shape, facing each other with flat faces, an additional compression ring is installed under the lower inclined end of the lower compression ring, the angle of inclination of the upper end of which is equal to the angle of inclination of the lower about the end face of the upstream compression ring, the lower end of the additional compression ring is in contact with the package of oil scraper rings having axial grooves, an expansion ring is located under the lower end of the lower oil scraper ring.

На внешнем диаметре маслосъемных колец выполнены осевые пазы, причем на нижнем кольце количество пазов больше, чем на кольце, расположенном над ним.Axial grooves are made on the outer diameter of the oil scraper rings, and the number of grooves on the lower ring is greater than on the ring located above it.

Угол наклона нижнего торца расширительного кольца и нижней полки поршневой расточки одинаковый, более 15°.The angle of inclination of the lower end of the expansion ring and the lower flange of the piston bore is the same, more than 15 °.

На фиг. 1 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания (вариант 1).In FIG. 1 shows a partial cross section of an internal combustion engine (option 1).

На фиг. 2 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания (вариант 2).In FIG. 2 shows a partial cross section of an internal combustion engine (option 2).

На фиг. 3 представлено частичное сечение двигателя внутреннего сгорания (вариант 3).In FIG. 3 shows a partial section of an internal combustion engine (option 3).

Двигатель внутреннего сгорания (вариант 1) содержит цилиндр 1, поршень 2, компрессионное кольцо 3 и маслосъемное кольцо 4, расположенные в поршневой расточке 5.The internal combustion engine (option 1) contains a cylinder 1, a piston 2, a compression ring 3 and an oil scraper ring 4 located in the piston bore 5.

По варианту 2 в поршневой расточке 5 установлены два трапециевидных компрессионных кольца 3, 6 и маслосъемные кольца 4, 8, 9, между нижним компрессионным кольцом 6 и верхним маслосъемным кольцом 4 расположено упругое разрезное расширительное кольцо 7 с наклонным верхним торцом. На внешнем диаметре маслосъемных колец 8 и 9, кроме верхнего 4, выполнены осевые пазы, причем на нижнем кольце 9 количество пазов больше, чем на кольце 8, расположенном над ним. Угол наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца 6 и верхнего торца расширительного кольца 7 более 15°.In option 2, two trapezoidal compression rings 3, 6 and oil scraper rings 4, 8, 9 are installed in the piston bore 5, and an elastic split expansion ring 7 with an inclined upper end is located between the lower compression ring 6 and the upper oil scraper ring 4. On the outer diameter of the oil scraper rings 8 and 9, in addition to the upper 4, axial grooves are made, and on the lower ring 9 the number of grooves is larger than on the ring 8 located above it. The angle of inclination of the lower end of the lower compression ring 6 and the upper end of the expansion ring 7 is more than 15 °.

По варианту 3 в поршневой расточке 5 установлены два одинаковых трапециевидных кольца 3 и 6, под которым расположено третье, иной формы, трапециевидное компрессионное кольцо 10, с нижним торцом которого контактирует маслосъемные кольца 4, 8, 9. Между нижним маслосъемным кольцом 9 и нижней полкой поршневой расточки 5 установлено упругое разрезное расширительное кольцо 7 с наклонным нижним торцом. На внешнем диаметре маслосъемных колец 4, 8, 9 выполнены осевые пазы, причем на нижнем кольце 9 количество пазов больше, чем на кольце 8, расположенном над ним, а на кольце 8 – больше, чем на кольце 4. Угол наклона нижнего торца расширительного кольца 7 и нижней полки поршневой расточки 5 одинаковый, более 15°.According to option 3, two identical trapezoidal rings 3 and 6 are installed in the piston bore 5, under which there is a third, other shape, trapezoidal compression ring 10, with the oil scraper rings 4, 8, 9 in contact with its lower end. Between the lower oil scraper ring 9 and the lower shelf piston boring 5 installed elastic split expansion ring 7 with an inclined lower end. Axial grooves are made on the outer diameter of the oil scraper rings 4, 8, 9, and the number of grooves on the lower ring 9 is larger than on the ring 8 located above it, and on the ring 8 more than on the ring 4. The angle of inclination of the lower end of the expansion ring 7 and the lower flange of the piston bore 5 is the same, more than 15 °.

Поршневое устройство работает следующим образом.The piston device operates as follows.

При движении поршня 2 в нижнее положение на такте «всасывание» компрессионное кольцо 3 вместе с маслосъемным кольцом 4, расположенные в поршневой расточке 5 (вариант 1), за счет трения о стенку цилиндра 1 смещаются к верхней полке поршневой расточки 5, закрывая гарантированный зазор между верхней полкой поршневой расточки 5 и верхним торцом компрессионного кольца 3. За счет сил трения о стенку цилиндра 1 маслосъемное кольцо 4 поджимается к нижнему торцу компрессионного кольца 3, перекрывая зазоры в замках обоих колец. Тем самым устраняется подсос из картера двигателя, создается наибольшее разрежение над поршнем, способствующее всасыванию максимального заряда свежего воздуха в цилиндр 1.When the piston 2 moves to the lower position on the “suction” stroke, the compression ring 3 together with the oil scraper ring 4 located in the piston bore 5 (option 1), due to friction against the cylinder wall 1, are shifted to the upper shelf of the piston bore 5, closing the guaranteed gap between the upper shelf of the piston bore 5 and the upper end of the compression ring 3. Due to friction forces against the wall of the cylinder 1, the oil scraper ring 4 is pressed against the lower end of the compression ring 3, blocking the gaps in the locks of both rings. This eliminates the suction from the crankcase, creates the greatest vacuum above the piston, which contributes to the absorption of the maximum charge of fresh air into cylinder 1.

При движении поршня 2 в верхнее положение на тактах «сжатие» и «рабочий ход» за счет появления давления воздуха над поршнем 2 компрессионное кольцо 3 и маслосъемное кольцо 4 смещаются к нижней полке поршневой расточки 5, перекрывая зазор между нижней полкой поршневой расточки 5 и нижним торцом маслосъемного кольца 4. Под действием давления рабочих газов над поршнем 2, прорывающихся через зазор между поршнем 2 и стенкой цилиндра 1, а также через гарантированный зазор между верхней полкой поршневой расточки 5 и верхним торцом компрессионного кольца 3, компрессионное кольцо 3 поджимается к маслосъемному кольцу 4, перекрывая зазоры в замках обоих колец. Тем самым обеспечивается более полное срабатывание рабочего давления, влияющего на все технико-экономические и экологические характеристики двигателя.When the piston 2 moves to the upper position on the “compression” and “stroke” strokes due to the appearance of air pressure above the piston 2, the compression ring 3 and the oil scraper ring 4 are shifted to the lower shelf of the piston bore 5, blocking the gap between the lower shelf of the piston bore 5 and the lower the end face of the oil scraper ring 4. Under the action of the pressure of the working gases above the piston 2, breaking through the gap between the piston 2 and the cylinder wall 1, as well as through the guaranteed gap between the upper shelf of the piston bore 5 and the upper end of the compression ring tsa 3, compression ring 3 is urged toward the oil ring 4, overlapping match- both rings. This ensures a more complete operation of the working pressure, which affects all the technical, economic and environmental characteristics of the engine.

При движении поршня 2 в верхнее положение на такте «выпуск» за счет трения о стенку цилиндра 1 оба кольца 3 и 4 остаются прижатыми к нижней полке поршневой расточки 5, обеспечивая полноту выброса выхлопных газов, устраняя их прорыв в картер двигателя, защищая картер и моторное масло, находящееся в нем, от термического воздействия и засорения остатками неполного сгорания топлива. С целью сокращения количества масла, попадающего в придонную полость поршневой расточки 5, и нагарообразования на деталях поршневой группы целесообразно назначать зазор между поверхностями внутренних диаметров всех поршневых колец в пакете и поверхностью дна поршневой расточки 5 минимальным, совпадающим с зазором между поршнем 2 и цилиндром 1. С целью сведения механических потерь на трение компрессионного и маслосъемного 4 колец к несущественному минимуму, сбалансирования осевой и радиальной составляющих газодинамических сил, действующих на кольца, суммарная высота обоих колец b должна быть не менее радиальной толщины t. Такая конфигурация конструкции обеспечивает комплексное функционирование обоих колец: маслосъемное кольцо 4 способствует повышению эффективности уплотнения между поршнем 2 и цилиндром 1, а компрессионное кольцо 3 помогает маслосъемному кольцу 4 в удалении излишков масла со стенки цилиндра 1. Используя газодинамическое воздействие рабочих газов на поверхности внутренних диаметров колец 3 и 4, можно регулировать величину сил прижима рабочих поверхностей колец 3 и 4 к стенке цилиндра 1, изменяя высоту колец 3 и 4, то есть величину площадей поверхностей внутренних диаметров колец 3 и 4, в зависимости от их предназначения и особенностей конструкции двигателя.When the piston 2 moves to the upper position on the “release” stroke due to friction against the cylinder wall 1, both rings 3 and 4 remain pressed against the lower flange of the piston bore 5, ensuring exhaust exhaust emission, eliminating their breakthrough into the engine crankcase, protecting the crankcase and motor the oil in it from heat exposure and clogging with residues of incomplete combustion of fuel. In order to reduce the amount of oil entering the bottom cavity of the piston bore 5, and to deposit on the parts of the piston group, it is advisable to assign a gap between the surfaces of the inner diameters of all the piston rings in the package and the bottom surface of the piston bore 5 to a minimum that coincides with the gap between the piston 2 and cylinder 1. In order to reduce the mechanical friction losses of the compression and oil scraper 4 rings to an insignificant minimum, to balance the axial and radial components of the gas-dynamic forces, boiling on the ring, the total height of the two rings of b should be less than the radial thickness t. This design configuration provides the integrated functioning of both rings: the oil scraper ring 4 improves the sealing efficiency between the piston 2 and cylinder 1, and the compression ring 3 helps the oil scraper ring 4 to remove excess oil from the cylinder wall 1. Using the gas-dynamic action of the working gases on the surface of the inner diameters of the rings 3 and 4, it is possible to adjust the magnitude of the pressing forces of the working surfaces of the rings 3 and 4 to the wall of the cylinder 1 by changing the height of the rings 3 and 4, that is, the size of the areas The internal diameters of rings 3 and 4, depending on their purpose and the design features of the engine.

По варианту 2 при разогреве двигателя происходят термодинамические изменения формы и размеров цилиндра 1 и в наибольшей степени головки поршня 2, где расположено поршневое устройство. Разогрев поршня 2 приводит к увеличению ширины поршневой расточки 5, а прогрев цилиндра 1 приводит к увеличению его внутреннего диаметра. Собственные упругие силы компрессионных колец 3, 6 и маслосъемных колец 4, 8, 9 смещают кольца к стенке цилиндра 1, образуя за счет углов наклона торцов колец зазор между верхним торцом верхнего кольца 3 и верхней полкой поршневой канавки 5. Одновременно под действием собственных упругих сил расширительное кольцо 7 смещается в том же направлении, устраняя появляющийся зазор. Кроме того, на самых ответственных тактах рабочего цикла «сжатие» и «рабочий ход», рабочие газы через зазор в замке верхнего компрессионного кольца 3 прорываются в придонную полость поршневой канавки, оказывая дополнительное воздействие на расширительное кольцо 7, тем самым усиливая расклинивающее действие, обеспечивая плотный контакт по вертикали всех колец в пакете. Таким образом, устраняется зазор между полками поршневой расточки 5 и торцами компрессионного кольца 3 и маслосъемного кольца 9. Во время работы двигателя в процессе теплообмена между поршнем 2 и цилиндром 1 участвуют не только компрессионные кольца 3 и 6, но и расширительное кольцо 7 вместе с маслосъемными кольцами 4, 8 и 9. При этом масло, постоянно меняющееся под нижним торцом нижнего маслосъемного кольца 9, благоприятно сказывается на снижении температуры всего пакета поршневых колец, повышая эффективность процесса теплообмена между поршнем 2 и цилиндром 1, предохраняя поршень 2 от перегрева. В процессе охлаждения выключенного двигателя термодинамические изменения происходят в обратном порядке. В первую очередь снижается температура охлаждаемого цилиндра 1, уменьшается его внутренний диаметр, стенка цилиндра 1, обжимая компрессионные кольца 3, 6 и маслосъемные кольца 4, 8 и 9, смещает их в сторону дна поршневой расточки 5. Охлаждение поршня 2 приводит к уменьшению ширины поршневой расточки 5 и соответствующему обжатию всего пакета поршневых колец. Под действием сил сжатия нижний наклонный торец нижнего компрессионного кольца 6, воздействуя на верхний наклонный торец расширительного кольца 7, смещает его в исходное положение. Для обеспечения нормальной работы расширительного кольца 7, исключения его заклинивания на холодном двигателе угол наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца 6 и угол наклона верхнего торца расширительного кольца 7 должны быть больше угла самоторможения клиновых пар, практически более 15°. Кроме того, контакт компрессионных колец 3, 6 и расширительного кольца 7 с пакетом маслосъемных колец 4, 8, 9, на который оказывает охлаждающее влияние моторного масла, способствует улучшению теплообмена между поршнем 2 и охлаждаемым цилиндром 1.In option 2, when the engine is warmed up, thermodynamic changes in the shape and dimensions of the cylinder 1 and, to the greatest extent, the piston head 2, where the piston device is located, occur. The heating of the piston 2 leads to an increase in the width of the piston bore 5, and the heating of the cylinder 1 leads to an increase in its internal diameter. Own elastic forces of compression rings 3, 6 and oil scraper rings 4, 8, 9 displace the rings to the cylinder wall 1, forming a gap between the upper end face of the upper ring 3 and the upper flange of the piston groove 5 due to the angles of inclination of the ends of the rings. the expansion ring 7 moves in the same direction, eliminating the resulting gap. In addition, at the most critical cycles of the “compression” and “working stroke”, the working gases break through the gap in the lock of the upper compression ring 3 into the bottom cavity of the piston groove, exerting an additional effect on the expansion ring 7, thereby enhancing the proppant, providing tight vertical contact of all rings in the package. This eliminates the gap between the shelves of the piston bore 5 and the ends of the compression ring 3 and the oil scraper ring 9. During engine operation, not only the compression rings 3 and 6, but also the expansion ring 7 along with the oil scraper are involved in the heat exchange process between the piston 2 and cylinder 1 rings 4, 8 and 9. In this case, the oil constantly changing under the lower end of the lower oil scraper ring 9 favorably affects the temperature reduction of the entire package of piston rings, increasing the efficiency of the heat exchange process between the piston m 2 and cylinder 1, protecting the piston 2 from overheating. In the process of cooling an off engine, thermodynamic changes occur in the reverse order. First of all, the temperature of the cooled cylinder 1 decreases, its inner diameter, cylinder wall 1 decreases, compressing the compression rings 3, 6 and the oil scraper rings 4, 8 and 9, shifts them toward the bottom of the piston bore 5. Cooling the piston 2 reduces the width of the piston boring 5 and the corresponding compression of the entire package of piston rings. Under the action of compression forces, the lower inclined end face of the lower compression ring 6, acting on the upper inclined end face of the expansion ring 7, shifts it to its original position. To ensure the normal operation of the expansion ring 7, to avoid jamming it on a cold engine, the angle of inclination of the lower end of the lower compression ring 6 and the angle of inclination of the upper end of the expansion ring 7 should be greater than the self-braking angle of the wedge pairs, almost more than 15 °. In addition, the contact of the compression rings 3, 6 and the expansion ring 7 with a package of oil scraper rings 4, 8, 9, on which the engine oil has a cooling effect, helps to improve heat transfer between the piston 2 and the cylinder to be cooled 1.

По варианту 3 в начале работы двигателя в первую очередь и в большей степени нагревается верхняя часть поршня 2, где расположено поршневое устройство. Активному теплообмену между цилиндром 1 и поршнем 2 способствует увеличенная площадь поверхности верхнего торца верхнего компрессионного кольца 3, плотно контактирующая с компрессионными кольцами 6, 10 и пакетом маслосъемных колец 4, 8, 9, образующих большую суммарную площадь контакта со стенкой охлаждаемого цилиндра 1. В этот процесс свою лепту вносит и расширительное кольцо 7. Причем дополнительное компрессионное кольцо 10 выполняет функции «чистильщика» - верхнего маслосъемного кольца без осевых пазов. Увеличение при нагреве диаметра цилиндра 1 и ширины расточки 5 способствуют расширению всех колец поршневого устройства за счет упругих сил и давления рабочих газов в придонной полости поршневой расточки 5, куда они ограниченно попадают через зазор в замке верхнего компрессионного кольца 3. Смещение расширительного кольца 7 обеспечивает зазор между поверхностью его внешнего диаметра и стенкой цилиндра 1, который, в свою очередь, зависит от величины угла наклона нижнего торца расширительного кольца 7 и нижней полки поршневой расточки 5. Блок трапециевидных компрессионных колец 3, 6, 10, имея большую площадь контакта со стенкой цилиндра 1, обеспечивают эффективный теплообмен перегретой головки поршня 2 с охлаждаемым цилиндром 1. При движении поршня 2 в нижнее положение гидравлическое сопротивление снимаемого со стенки цилиндра 1 масла дифференцируется, снижаясь, согласно количеству маслосъемных колец 4, 8, 9 в пакете, количества пазов и их размеров на каждом кольце, обеспечивая требуемое качество очистки стенки цилиндра 1. За счет выполнения на внешнем диаметре маслосъемных колец 4, 8, 9 осевых пазов уменьшается гидравлическое сопротивление при движении поршня 2 в нижнее положение.According to option 3, at the beginning of engine operation, the upper part of the piston 2, where the piston device is located, is primarily and more heated. Active heat transfer between the cylinder 1 and the piston 2 is facilitated by the increased surface area of the upper end of the upper compression ring 3, which is in close contact with the compression rings 6, 10 and the package of oil scraper rings 4, 8, 9, which form a large total contact area with the wall of the cooled cylinder 1. In this the expansion ring 7 also makes its contribution. Moreover, the additional compression ring 10 acts as a “cleaner” —the upper oil scraper ring without axial grooves. The increase in the diameter of the cylinder 1 and the width of the bore 5 during heating contribute to the expansion of all the rings of the piston device due to the elastic forces and pressure of the working gases in the bottom cavity of the piston bore 5, where they are limited through the gap in the lock of the upper compression ring 3. Displacement of the expansion ring 7 provides a gap between the surface of its outer diameter and the wall of the cylinder 1, which, in turn, depends on the angle of inclination of the lower end of the expansion ring 7 and the lower shelf of the piston bore 5. Bl having trapezoidal compression rings 3, 6, 10, having a large contact area with the cylinder wall 1, provide efficient heat transfer of the superheated piston head 2 to the cylinder 1. When the piston 2 moves to the lower position, the hydraulic resistance of the oil removed from the cylinder wall 1 differentiates, decreasing, according to the number of oil scraper rings 4, 8, 9 in the bag, the number of grooves and their sizes on each ring, providing the required quality of cleaning the cylinder wall 1. By performing oil scraper rings 4 on the outer diameter , 8, 9 axial grooves decreases hydraulic resistance when the piston 2 moves to the lower position.

Предлагаемая конструкция поршневого устройства практически исключает газодинамические потери, оставляя на стенке цилиндра 1 минимально допустимую толщину масляной пленки, сводит механические потери на трение поршневых колец к несущественному минимуму, создает благоприятные условия для эффективного теплообмена между поршнем 2 и цилиндром 1, особенно важных для двигателей, работающих на форсированных режимах или использующих газообразное топливо, повышает компрессию, мощность и ресурс двигателя, уменьшает расход топлива и моторного масла, улучшает экологические показатели двигателя.The proposed design of the piston device practically eliminates gas dynamic losses, leaving the minimum allowable thickness of the oil film on the cylinder wall 1, reduces the mechanical friction losses of the piston rings to an insignificant minimum, creates favorable conditions for efficient heat transfer between the piston 2 and cylinder 1, which are especially important for engines running in forced modes or using gaseous fuel, increases compression, power and engine life, reduces fuel and engine m consumption Asla, improves the environmental performance of the engine.

Claims (7)

1. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащее компрессионное кольцо и маслосъемное кольцо, расположенные в поршневой расточке, отличающееся тем, что маслосъемное кольцо расположено под компрессионным кольцом, причем суммарная высота компрессионного и маслосъемного колец не менее их радиальной толщины, при этом зазор в замке маслосъемного кольца расположен под 180° по отношению к зазору в замке компрессионного кольца, а зазор между поверхностями внутренних диаметров компрессионного и маслосъемного колец и дном поршневой расточки равен зазору между поршнем и стенкой цилиндра.1. A piston device of an internal combustion engine containing a compression ring and an oil scraper located in the piston bore, characterized in that the oil scraper is located under the compression ring, and the total height of the compression and oil scraper rings is not less than their radial thickness, while the gap in the oil scraper lock the ring is located at 180 ° with respect to the gap in the lock of the compression ring, and the gap between the surfaces of the inner diameters of the compression and oil scraper rings and the bottom of the pores Neva bore is clearance between the piston and the cylinder wall. 2. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащее два компрессионных кольца и, по меньшей мере, два маслосъемных кольца, расположенные в поршневой расточке, отличающееся тем, что компрессионные кольца выполнены трапециевидными одинакового размера и формы, обращены плоскими торцами друг к другу, между нижним наклонным торцом нижнего компрессионного кольца и верхним торцом верхнего маслосъемного кольца расположено разрезное упругое расширительное кольцо, при этом угол наклона верхнего торца расширительного кольца равен углу наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца.2. A piston device of an internal combustion engine containing two compression rings and at least two oil scraper rings located in the piston bore, characterized in that the compression rings are trapezoidal of the same size and shape, face flat ends facing each other, between the lower inclined the end of the lower compression ring and the upper end of the upper oil scraper ring is a split elastic expansion ring, while the angle of inclination of the upper end of the expansion ring is n corner tilt the lower end of the lower compression ring. 3. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания по п. 2, отличающееся тем, что на внешнем диаметре маслосъемных колец, кроме верхнего, выполнены осевые пазы, причем на нижнем кольце количество пазов больше, чем на кольце, расположенном над ним.3. The piston device of the internal combustion engine according to claim 2, characterized in that on the outer diameter of the oil scraper rings, in addition to the upper, axial grooves are made, moreover, the number of grooves on the lower ring is greater than on the ring located above it. 4. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания по п. 2, отличающееся тем, что угол наклона нижнего торца нижнего компрессионного кольца и верхнего торца расширительного кольца более 15°.4. The piston device of an internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the angle of inclination of the lower end of the lower compression ring and the upper end of the expansion ring is more than 15 °. 5. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания, содержащее два компрессионных кольца и, по меньшей мере, два маслосъемных кольца, расположенные в поршневой расточке, отличающееся тем, что компрессионные кольца выполнены трапециевидными одинакового размера и формы, обращены плоскими торцами друг к другу, под нижним наклонным торцом нижнего компрессионного кольца установлено дополнительное компрессионное кольцо, угол наклона верхнего торца которого равен углу наклона нижнего торца вышерасположенного компрессионного кольца, нижний торец дополнительного компрессионного кольца контактирует с пакетом маслосъемных колец, под нижним торцом нижнего маслосъемного кольца расположено расширительное кольцо.5. A piston device of an internal combustion engine containing two compression rings and at least two oil scraper rings located in the piston bore, characterized in that the compression rings are trapezoidal of the same size and shape, face flat ends facing each other, under the lower inclined the end of the lower compression ring has an additional compression ring, the angle of inclination of the upper end of which is equal to the angle of inclination of the lower end of the upstream compression ring, the bottom end of the additional compression ring contacts the package of oil scraper rings; an expansion ring is located under the lower end of the lower oil scraper ring. 6. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания по п. 5, отличающееся тем, что на внешнем диаметре маслосъемных колец выполнены осевые пазы, причем на нижнем кольце количество пазов больше, чем на кольце, расположенном над ним.6. The piston device of the internal combustion engine according to claim 5, characterized in that axial grooves are made on the outer diameter of the oil scraper rings, moreover, the number of grooves on the lower ring is greater than on the ring located above it. 7. Поршневое устройство двигателя внутреннего сгорания по п. 5, отличающееся тем, что угол наклона нижнего торца расширительного кольца и нижней полки поршневой расточки одинаковый, более 15°.7. The piston device of an internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the angle of inclination of the lower end of the expansion ring and the lower shelf of the piston bore is the same, more than 15 °.

Images